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尺度概念的比较

已有 2607 次阅读 2019-5-11 22:08 |个人分类:尺度分类|系统分类:科研笔记


通常把尺度粗分为宏观、微观和介观(Mesoscopic)


微观的含义有两种,生物学上的微观通常是指肉眼看不见,用光学显微镜(放大几百倍)可以看见的东西,如把微生物、细菌、细胞等称为微观生命。它们的尺度大致在100μ到0.1μ之间。而物理学和化学中的微观,是指原子和小分子的尺度,即0.1-1nm的尺度。为避免混淆,笔者建议把前者称为“显微观(Optico-microscopic)”,后者称为“微观(Microscopic)”。介观是指介乎微观与宏观之间。笔者认为,物质尺度的划分,应该先考虑宇宙间物质究竟有多少层次,再根据物质的层次结构来划分尺度。


  1. 宇观(Cosmoscopic)是指人们用各种波段的天文望远镜及航天飞机上的各种现代宇宙探测仪器能观察到的宇宙尺度。在这一尺度范围,主要作用力是万有引力和电磁作用力,主要学科是宇宙学、天文学、牛顿力学和广义相对论。

  2. 遥观(Remote sensoscopic)是指人们用地球轨道上的人造卫星的遥感技术(Remote sensing)能够观察到的尺度,大致从1Km到30000Km,所以把遥观的英文译名定为Remote sensoscopic。这个尺度范围的主要作用力也是万有引力和电磁作用力,主要学科是地球科学、地理学、遥感学、经典力学。


  3. 宏观(Macroscopic)是指人眼能够直接观察到的尺度,大致从0.1mm到1Km。在这个尺度范围,主要作用力也是万有引力和电磁作用力,主要学科是经典力学、经典物理学、经典化学、经典生物学、工程科学、技术科学等。


  4. 显微观(Optico-microscopic)是指以放大几百倍的光学显微镜为观察手段的尺度,大致从1μ到100μ=0.1mm。在这个尺度范围,主要作用力是万有引力、电磁作用力,以及由表面张力(包含毛细管作用)等引起的效应,主要学科是经典力学、微生物学、显微医学(包含显微外科、病理分析等)、微电子技术,等等。


  5. 介观(Mesoscopic)是指介乎显微观和微观之间的尺度,大致从1nm-10Onm,所以叫它纳米观(Nanoscopic)更为确切。这个尺度可用扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜等来观察。因为它的特征是量子状态和经典状态的交叉和混合,因而赋予纳米分子、纳米材料、纳米器件等许多特异的性质和功能,有广阔的应用前景。在这个尺度范围,主要作用力是万有引力、电磁作用力,以及由表面张力、平均自由途径等引起的效应,主要学科是纳米科学和纳米技术。在纳米科学领域,量子力学和经典力学同时起作用,在理论探讨上有特殊难度。


  6. 微观(Microscopic)是指原子和小分子的尺度范围,从1-1OA=0.1-1nm。在这个尺度范围内的主要作用力是电磁作用力,具有量子化和波粒二重性的特征,主要学科是量子力学、相对论量子力学、原子物理、分子物理、量子化学、单分子化学等。


  7. 皮米观(Picoscopic)尺度范围为1pm-100pm=0.01A-1A=10^-12m-10^-10m,即硬X-射线波段和软λ波段,介乎原子和原子核之间的尺度。将来在对超固体、中子星、白矮星等超高密度物质的结构研究中要涉及这一尺度范围。


  8. 飞米观(Fentoscopic)和亚飞米观(Subfentoscopic)前者是指原子核的尺度,从1fm-10fm=10^-15m-1O^-14m=1O^-13cm-1O^-12cm;后者是指夸克和电子的尺度(1O^-16cm)以及超弦理论模型和宇宙大爆炸理论中更小的尺度,直到10^-33cm,跨2O个量级。在这个尺度范围,主要作用力是电磁作用力、强相互作用力、弱相互作用力,具有色荷、对称性、量子化和波粒二重性等特征,主要学科是量子色动力学、规范场论、超弦理论、宇宙大爆炸理论等。皮米、飞米和亚飞米观也可总称为渺观。
        

以上8个尺度层次,共跨62个量级。



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